LOS METALES

Los metales Los metales son materiales con múltiples aplicaciones gracias a sus interesantes propiedades: ver vídeo. Se utilizan desde tiempos prehistóricos, y en la actualidad constituyen una pieza clave de nuestra sociedad en todas las actividades económicas, desde la industria hasta los servicios.

1.1. Los metales En la Metalurgia extractiva se estudian y aplican operaciones y procesos para el tratamiento de minerales o materiales que contengan una especie útil (Oro, Plata, Cobre, etc..), dependiendo del producto que se quiera obtener, se realizarán distintos métodos de tratamiento. Estos procesos de extracción de los minerales de la corteza terrestre, que se encuentran en las rocas, están condicionados por la naturaleza y su condición ambiental. Mina de Riotinto (Huelva)

1.2. Técnicas de separación Tamizado: Consiste en la separación de las partículas sólidas según su tamaño mediante tamices o cribas. Filtración: Es la separación de las partículas sólidas en suspensión en un líquido a través de un filtro. Flotación: Se trata de la separación de una mezcla de partículas sólidas en un líquido.

1.2.Tipos de metales Metales ferrosos o férricos y no férricos (no ferrosos): Metales férricos: Son aquellos cuyo componente principal es el hierro, en estado puro o unido con otros elementos. Metales no férricos: Son materiales metálicos que no contienen hierro o que lo contienen en muy pequeñas cantidades.

2.Propiedades de los metales La gran cantidad de aplicaciones que presentan los metales se debe a sus propiedades, principalmente las mecánicas, térmicas y eléctricas. Los materiales metálicos son duros, no adherentes, fríos y muy suaves si su superficie ha sido tratada o pulida.

2.1. Propiedades físicas Las propiedades físicas se ponen en manifiesto ante estímulos como la aplicación de fuerzas, la electricidad, el calor o la luz. Veamos algunas de ellas: dureza, resistencia mecánica, tenacidad, plasticidad, elasticidad, maleabilidad y ductilidad.

2.1. Propiedades físicas Dureza y resistencia mecánica: Los metales son duros, no se rayan ni pueden perforarse con facilidad. Tenacidad: Muchos metales presentan una gran resistencia a romperse cuando son golpeados. Plasticidad y elasticidad: Algunos metales se deforman permanentemente cuando actúan sobre ellos fuerzas externas. Maleabilidad: Ciertos metales pueden ser extendidos en láminas muy finas sin llegar a romperse. Ductilidad: Algunos metales pueden ser estirados en hilos largos y finos.

2.2. Propiedades químicas La propiedad química más importante de los metales es su elevada capacidad de oxidación, que consiste en su facilidad para reaccionar a la intemperie (con el oxígeno del aire). Por lo general, se intenta combatir la formación de esta capa de óxido, pues hace que se pierda el brillo y el tacto de la pieza original, provocando un deterioro en sus propiedades mecánicas.

2.3. Propiedades ecológicas y 2.4. Otras propiedades 2.3. Cabe destacar una importante característica ecológica de los metales: la mayoría de ellos son reciclables, una vez desechados, pueden volver a procesarse y ser utilizados de nuevo. 2.4. Los metales que permiten usos específicos tienen las siguientes propiedades: Son muy buenos conductores de las ondas acuáticas y sonoras. Son impermeables, impiden el paso del agua.

3. Metales ferrosos El metal más utilizado en la actualidad es el hierro (Fe) en cualquiera de las presentaciones, ya que tanto las técnicas de separación y de extracción del mineral como los procesos de obtención del metal, son relativamente económicos. Tipos de aleaciones Fe-C: Hierro puro: carbono < 0,1%. Acero: carbono entre 0,1% y el 2%. Fundición: carbono del 2% al 6,67%.

3.1. El hierro y la fundición El hierro es un metal de un color grisáceo que tiene buenas propiedades mecánicas. Para mejorar las propiedades mecánicas del hierro puro se combinan con carbono en las proporciones indicadas anteriormente. La fundición presenta una elevada dureza y una gran resistencia al desgaste. Se utiliza en: carcasas de motores, engranajes, pistones, farolas, tapas de alcantarilla, ...

3.2. El acero El acero es una aleación del hierro con una pequeña cantidad de carbono. De este modo, se obtiene un material de elevada dureza y tenacidad, y con mayor resistencia a la tracción. Propiedades de los aceros: • Tenacidad. Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto). Resistencia al desgaste. Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando se somete a fricción con otro material. • Maquinabilidad. Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta. • Dureza. Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se sueldan sencillamente. Las piezas son soldadas fundiendo ambas y pudiendo agregar un material de relleno fundido (metal o plástico), para conseguir un baño de material fundido (el baño de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una unión fija. Se oxidan fácilmente. Por ello, se suelen alear con otros elementos más resistentes a la corrosión, como el cromo o el níquel, para formar los aceros inoxidables.

3.3. Proceso de obtención del acero En primer lugar, y con fin de eliminar las impurezas,el mineral de hierro es lavado y sometido a procesos de trituración y cribado. Con ellos, se logra separar la ganga de la mena. A continuación, se mezcla el mineral de hierro con carbón y caliza y se introduce en el interior de un horno a más de 150ºC. Se obtiene fundición de hierro que se extraerá por la parte inferior del horno. La fundición se somete a afino, reduciendo la cantidad de carbono por oxidación.

4. Metales no ferrosos Su obtención es, por lo general, muy costosa, debido a la pequeña concentración de sus menas y al elevado consumo energético que se da en los procesos de obtención de estos metales a partir de las materias primas. Destacan los siguientes: Cobre, Latón, Bronce, Plomo, Estaño, Cinc, Aluminio, Titanio y Magnesio.

Cobre (Cu) De color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos. El cobre forma aleaciones (bronces y latones) que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.

Latón Es una aleación de cobre y cinc. Tiene una alta resistencia a la corrosión y al vapor de agua, mejor que el cobre. Se utiliza mucho en bisutería, y elementos decorativos; armamento, calderería, soldadura, hasta la fabricación de alambres, tubos de condensador, terminales eléctricas y también la elaboración de dinero moneda. Como no es atacado por el agua salada, se usa mucho en las construcciones de barcos, en equipos pesqueros y marinos, y en la fabricación de muchos instrumentos musicales de viento. Además, por su acción antimicrobiana, se usa en los pomos de las puertas en los hospitales, que se desinfectan solos a diferencia de los metálicos.

Bronce Aleación metálica de cobre y estaño en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción del 3 al 20 por ciento. Se usa en partes mecánicas resistentes al roce y a la corrosión, en instrumentos musicales de buena calidad, como campanas, gongs, platillos de acompañamiento, saxofones y en la fabricación de cuerdas de pianos, arpas y guitarras. Otros usos: tornillos, monedas, bisutería, contadores eléctricos, laminados, partes de ciertas herramientas, etc.

Plomo (Pb) Se obtiene de la galena. Es de color gris plateado, muy blando y pesado. Tiene buena plasticidad, es maleable y buen conductor del calor y la electricidad. Al ser un metal muy pesado y tóxico, cada vez se utiliza menos en la industria. Aplicaciones: cubierta para cables, ya sea de teléfono, de televisión, de internet o de electricidad; esmalte de vidrio o cerámica; detonadores de explosivos; insecticidas…..

Estaño (Sn) Su principal mena es la casiterita. Es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Las aleaciones con base de estaño, también conocidas como metales blancos, generalmente contienen cobre, antimonio y plomo. Algunas aleaciones de estaño, cobre y antimonio son utilizadas como materiales antifricción. El peltre es una aleación de estaño, plomo y antimonio utilizada para utensilios decorativos. El estaño también se usa en aleaciones de prótesis dentales, aleaciones de bronce y aleaciones de titanio y circonio. Forma la hojalata de las conservas.

Cinc (Zn) Se obtiene de la blenda y de la calamina. Es de color gris azulado, brillante, frágil en frío y de baja dureza. La principal aplicación del zinc es el galvanizado del acero para protegerlo de la corrosión. Otras aplicaciones son: baterías, metalurgia de metales preciosos (separación del plomo de la plata), piezas de fundición y pinturas al óleo.

Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza terrestre y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales. En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae únicamente de la roca conocida con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis. Muchas aplicaciones: telescopios, papel aluminio, tetrabriks, aleaciones ligeras, calderas, soldadura, conductor eléctrico, etc. Aluminio (Al)

Titanio (Ti) Se extrae de dos minerales, el rutilo y la ilmenita. Es de color blanco plateado, brillante, ligero, muy duro y resistente. De gran utilidad para aplicaciones médicas, como prótesis de cadera y rodilla, tornillos óseos, placas e implantes dentales, componentes para la fabricación de válvulas cardíacas y marcapasos, gafas, material quirúrgico tales como bisturís, tijeras, etc. Otros usos: industria energética (centrales nucleares), automóviles, relojes, joyería, material decorativo y de construcción, blindaje, instrumentos deportivos, etc.

Magnesio (Mg) Es uno de los elementos químicos más importantes, tanto por su abundancia (es el octavo constituyente de la corteza terrestre, y el tercero de los que contiene el agua del mar en disolución), como por sus aplicaciones. Está presente en la dolomía, la carnalita, el amianto, la espuma de mar o sepiolita, la giobertita y, como cloruros o sulfatos, en el agua del mar. El uso principal del metal es como elemento de aleación del aluminio, empleándose en envases de bebidas, componentes de automóviles, como llantas, y en maquinaria diversa. Su carbonato (magnesia) en polvo se usa en algunos deportes (gimnasia, halterofilia) para mejorar el agarre.

5. Técnicas de conformación 5.1.Metalurgia de polvo 5. Para obtener piezas de diferentes formas y productos industriales, se somete el material a una serie de procesos de conformación. 5.1. Consta de los siguientes pasos: 1. El metal es molido hasta convertirlo en polvo. 2. Se prensa con unas matrices de acero. 3. Se calienta a una temperatura del 70% de la temperatura de fusión. 4. Se comprime la pieza para darle el tamaño adecuado. 5. Se enfría.

5.2. Moldeo Consiste en introducir el metal en un recipiente que dispone de una cavidad interior. El molde puede estar fabricado a base de arena, acero o fundición. Fases del moldeo: 1. Se calienta el metal en un horno hasta que se funde. 2.El metal líquido se vierte en el interior del molde. 3.Se deja enfriar hasta que el metal se solidifica 4.Se extrae la pieza del molde.

5.3. Deformación Con esta ténica se proporciona a la pieza una forma y unas dimensiones determinadas y se mejoran sus propiedades mecánicas. Laminación: Se hace pasar la pieza metalica por unos rodillos. Forja: Se somete la pieza a unos esfuerzos de compresión. Extrusión: Se hace pasar la pieza por unos orificios y se les da la forma deseada. Estampación: Se calienta la pieza en unas planchas y se le da la forma deseada.